EP2844786A1 - Temperaturregelsystem für eine hochtemperatur-batterie bzw. einen hochtemperatur-elektrolyseur - Google Patents

Temperaturregelsystem für eine hochtemperatur-batterie bzw. einen hochtemperatur-elektrolyseur

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EP2844786A1
EP2844786A1 EP13724549.4A EP13724549A EP2844786A1 EP 2844786 A1 EP2844786 A1 EP 2844786A1 EP 13724549 A EP13724549 A EP 13724549A EP 2844786 A1 EP2844786 A1 EP 2844786A1
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control system
battery
electrolyzer
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Definitions

  • the present invention relates to a control system for Tempe ⁇ raturregelung supplied with hot air via a line system high-temperature battery or supplied with hot air via a line system high-temperature electrolyzer.
  • a heating of the battery cell to a temperature level of at least 700 ° C necessary to ensure efficient operation can.
  • high-temperature electrolysers such as. In EP12163588 describes to supply heat to operate egg ne efficient electrochemical gas separation Koen ⁇ nen. The efficiency of both devices is significantly influenced by the operating temperature, which determines, for example, the necessary ion fluxes in the devices.
  • the required heat is at least partially provided by a stream of hot air, which is supplied to the high-temperature battery, or the high-temperature electrolyzer.
  • the temperature level of this hot air does not have to reach the operating temperature level of the high-temperature battery or of the high-temperature electrolyzer, but should be sufficiently high in order to be able to make a substantial contribution to heat.
  • hot air is to be understood as meaning thermally conditioned air whose temperature level is above the ambient temperature level.
  • a high-temperature battery as well as a high-temperature electrolyzer a Operating temperature of at least 300 ° C, preferably from we ⁇ least 650 ° C.
  • the tempera ⁇ ren should be sufficiently high to be able to operate a high-temperature battery, or a high temperature electrolyzer according to specifications which operate at least partly based on a solid electrolyte fuel cell (SOFC).
  • SOFC solid electrolyte fuel cell
  • temperatures of at least 650 ° C are typically erfor ⁇ sary. Comparable operating requirements are known from the technical field of high-temperature fuel cells, which are designed as solid electrolyte fuel cell (SOFC).
  • US 2004/0013913 A1 describes that such a high-temperature fuel cell is supplied with heated air by means of an air line system.
  • the He ⁇ warming takes place here so that the high-temperature fuel cell supplied air is conditioned by means of a heat exchanger and a suitable heater.
  • the energy released from the heat exchanger to the air is in part taken from a return line, which consumed
  • amount of hot air can thus be supplied to the fuel cell by the heat exchanger again more or less heat in a thermal Rezirkulationsscaria the high temperature, whereby the total heat loss ⁇ can be kept low.
  • the temperature gradient across the fuel cell can be reduced with increased recirculation.
  • the regulation of the total amount of the air flow supplied thermal energy is performed by a control system which determines the additional external heat input to provide the final high-temperature fuel cell having sufficient overall heat Koen ⁇ NEN.
  • a high-temperature battery can be operated in two different operating states, an electrical energy absorbing and endothermic state of charge as well as an electric energy emitting and exothermic discharge state. Accordingly, a varying supply of heat is also required here, if both working states are selected alternately to each other. Furthermore, high-temperature batteries or high-temperature
  • Electrolyzers for receiving excess energy from RETRY ⁇ trollable, fluctuating energy sources may be provided. This leads to a continuous change in the power to be absorbed and thus to changes in their working condition.
  • a control system for controlling the temperature of a high-temperature battery supplied with hot air via an air line system or a high-temperature electrolyzer supplied with hot air via an air line system, which has at least two temperature probes which are designed to control the temperature to detect at two un ⁇ ter Kunststoff locations of the air conduit system and at least one with respect to the high temperature battery or to the Hochtemperaturelektrolyseur upstream in the duct system interconnected first conditioning unit for physical conditioning of the air, as well as a traceable line which returns hot air from the high-temperature battery or hot-air discharged from the high-temperature electrolyzer to a location of the air line system and feeds it back into it, which location is upstream with respect to the high-temperature battery or to the high-temperature electrolyzer, wherein the control system controls the first conditioning unit depending on the temperatures detected by the temperature probes.
  • Air duct system comprises all areas of the air supply as well as air discharge. Further, the air duct system comprises ⁇ suitable for the hot air conducting areas within the high temperature battery or within the high temperature electrolyzer.
  • the control system according to the invention of claim 1 is successfully ⁇ Lich formed so that at least a part of the emerging from the high-temperature battery or the high temperature electrolyzer hot air returned to the air piping system and is fed back, wherein the power supply is provided at a location in Is arranged upstream of the high-temperature battery or on the high-temperature electrolyzer. Consequently, not only is thermal energy delivered to the high-temperature battery or the high-temperature electrolyzer supplying air flow, but temperature-conditioned hot air. Thus, the air flow is changed not only in terms of its heat content but also in terms of its mass flow.
  • the air flow can also be changed with regard to its chemical composition, since the hot air emerging from the high-temperature battery or from the high-temperature electrolyzer can be changed with regard to their composition, ie the individual partial pressures.
  • the hot air emerging from the high-temperature battery or from the high-temperature electrolyzer can be changed with regard to their composition, ie the individual partial pressures.
  • the oxygen content in the air supplied to the high-temperature battery or the high-temperature electrolyzer can be adjusted.
  • this can also influence the efficiency of the electrochemical processes in the high-temperature battery or in the high-temperature electrolyzer, since these are concentration-dependent.
  • Next control system provides that we ⁇ ilias a conditioning unit is present, which is regulated from ⁇ dependence of the temperatures detected by the temperature probes.
  • the conditioning can here be ge ⁇ is to condition the air flow only in terms of its heat content and also in terms of its mass flow.
  • the temperature probes in this case detect the temperature of the air at different locations of the air conduit system so that when comparing both temperatures, a suitable Be ⁇ drive change in the conditioning unit can be made. The operation change is thus caused in response to a detected temperature difference by the control system.
  • the heat present in the high-temperature battery can continue to be appropriately supplied with the hot air flow from the latter and fed back into the air line system after the feed has been made. This sometimes requires a change in the air mass flow.
  • the air flow advantageously be conditioned both thermally and in terms of the mass flow through the meet from the high temperature battery ⁇ led hot air in the initial stage of Ladezustan ⁇ .
  • the hot air flow supplied to the high-temperature battery can be thermally conditioned by a variable heat input.
  • a conditioning of the mass flow can take place, if necessary.
  • a working condition may require a relatively increased supply of thermal energy as well as an adapted and modified mass flow.
  • a modifier ⁇ alteration in terms of temperature levels and the masses ⁇ stream is typically necessary. Accordingly, in order to achieve efficient thermal conditioning of the air flow at the same time vorteilhaf ⁇ ter conditioning of the mass flow control system of the invention can be advantageously employed.
  • a control of the first conditioning unit can also be regulated as a function of the detected temperature difference.
  • the control system is not worth two different temperature ⁇ processed as control variables, but that this QUIRES ONLY lent a controlled variable, namely use the temperature difference to the system controller for system control.
  • the temperature difference can be advantageous here possible by electronic ⁇ cal comparison circuit.
  • the control system comprises an interconnected in the return line second conditioning unit, which is designed as Strö ⁇ mung generator, and which is adapted to apply the hot air located in the return line with a flow, the control system also regulates this second conditioning unit as a function of the temperatures detected by the temperature probes.
  • the interconnected in the second return line conditioning unit ⁇ it enables a simultaneous return of thermal energy energy as well as a change in the mass flow. Accordingly, especially when changing needs to respond targeted to the thermal heat content of the air stream as well as to the Mas ⁇ senstrom by a suitable adjustment of the second conditioning unit. If, for example, the high-temperature battery or the high-temperature electrolyzer is to be supplied with a higher mass flow while at the same time increasing the amount of heat, this can be achieved by increasing the hot air flow in the return line.
  • the second conditioning unit can be embodied as an injector and / or ejector, in particular as a gas jet pump, or according to another embodiment as a compressor pump.
  • this second conditioning unit is not regulated as a function of the individually detected temperature values, but rather on the basis of a temperature difference value.
  • the return line has suitable adjusting devices that allow a targeted change in the mass flow in the return line.
  • Such adjusting devices may, for example, be designed as valves.
  • a first temperature probe is provided on the air duct system at a first location upstream of the high-temperature battery or before the high-temperature electrolyzer, and another second tempera ⁇ tursonde on the air duct system at a second Location downstream of the high-temperature battery or after the high-temperature electrolyzer. Consequently, the control system allows a suitable control of the conditioning units provided upstream, due to the temperature field occurring between the measuring points. Likewise, a conditioning unit connected in the return line can also be suitably regulated.
  • the measurement of the temperatures before and after the high-temperature battery or high-temperature electrolyzer requires no further knowledge of Temperaturvertei ⁇ ment in the high-temperature battery or the high-temperature electrolyzer and thus represents a particularly simple Re ⁇ gelung. Anders in a further embodiment providing a first temperature probe on the airline system at a first location upstream of the high temperature battery or upstream of the high temperature electrolyzer, and another second temperature probe in the high-temperature battery or in the high-temperature electrolyzer.
  • At least three temperature probes are provided, wherein a first temperature probe is provided on the air duct system at a first location upstream of the high temperature battery or before the high temperature electrolyzer, a second temperature probe on the air duct system a second location downstream of the high-temperature battery or after the high-temperature electrolyzer is provided and a third temperature probe in the high temperature ⁇ tur battery or in the high-temperature electrolyzer. Consequently, the control system are at least three temperature values is available, which allows an advantageous and suitable to the Radiozu ⁇ was coordinated regulation of the conditioning units. In particular, with changing operating conditions, the knowledge of different temperature values of the air duct system can provide a detailed knowledge of the expired ⁇ operations, whereby an advantageous control of the conditioning units is made possible.
  • the first conditioning unit is purchasedbil ⁇ det as a heater, which is adapted to supply the located in the air distribution system hot air heat. Depending on the control state, the heater emits more or less heat to the air flow in the air duct system.
  • the first conditioning unit can also be designed as a flow generator, which is designed to pressurize the air in the air duct system with a flow. The loading of the flow takes place in particular variably. Thus, for example, in case of demand for an increase in the mass flow, the flow generator can be regulated such that the air flow is subjected to an increased flow. It should also be pointed out here that when the flow is acted upon, the air does not have to undergo thermal conditioning. So it is sufficient execution according to pressurize fresh air with a flow which is introduced into the air duct system and is only subsequently thermally be conditioned ⁇ ned.
  • the flow generator can also be set in an advantageous way, the content of oxygen in the system present in the Lucas Oberssys ⁇ air.
  • the amount or proportion of fresh air can be influenced compared to recirculated hot air. Since, in some cases, the hot air emerging from a high-temperature battery or from a high-temperature electrolyzer has increased or sometimes also reduced oxygen, the oxygen content in the high-temperature battery or the high-temperature battery can be increased by mixing the recirculated hot air with fresh air.
  • Electrolyzer be adjusted to re-supplied air. However, this can also influence the efficiency of the electrochemical processes in the high-temperature battery or in the high-temperature electrolyzer. For example, in a discharge of a high temperature battery, a height ⁇ rer oxygen content may result in a faster discharge time to recover about a higher energy density can be provided. According to a further, highly advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the control system has at least two upstream upstream of the high-temperature battery or on the high-temperature electrolyzer.
  • a conditioner unit is designed as Bankvor ⁇ direction, which is adapted to supply heat to the air in the air duct system
  • a Konditioniertechnik is designed as a flow generator, which is suitable, which in to pressurize the air ships effetssys ⁇ system located at a flow, wherein the control system regulates the two conditioning units as a function of the detected temperature by the temperature probes turunter Kunststoffes.
  • a control can also take place on the basis of the temperature difference detected by the temperature probes.
  • the control system thus permits a simultaneous influencing of the mass flow in the air duct system as well as a separate conditioning of the heat content of the hot air. Consequently, both physical parameters can be set appropriately and relatively independently.
  • the control of the first and second conditioning unit be conditioned ⁇ nieraji energy optimized.
  • the temporal energy consumption of the first conditioning unit and the second conditioning unit can be taken into account in addition to the controlled variables of the detected temperature values by the control system.
  • the two conditioning units are designed as a component, and in particular in the component
  • control system further comprises a second return line, which from the high-temperature battery or exited from the high-temperature electrolyzer hot air back to a location of the air duct system, which place upstream with respect to the high-temperature battery or to the high-temperature electrolyzer is arranged.
  • the second return line can in this case be carried out separately from the high-temperature battery or from the high-temperature electrolyser, or can be removed as a branch line from the first return line or the air line system.
  • the second return line can, like the first return ⁇ guide line open at the same place in the air duct system and feed the air flow guided therein into the air duct system.
  • a second return line in this case allows an arrangement which is improved in terms of flexibility in response to changes in operating state.
  • the flexibility is improved in particular when the second return line opens at a location in the air line system, which is not identical to the first location at which the first return line opens into the air line system. Accordingly, different amounts of thermal energy as well as on hot ⁇ air can be supplied to the air duct system in different places.
  • the second return line which leads hot air emerging from the high-temperature battery or from the high-temperature electrolyzer, leads to a heat exchanger which is designed to heat the air flow in the air line system before it the high-temperature battery or the high-temperature ⁇ electrolyser is supplied. Consequently, a conditioning of the hot air in the air line system can only take place thermally, without at the same time influencing the mass flow of the hot air in the air line system. This in turn increases the flexibility and rule ⁇ fold in different operating requirements.
  • Conditioning unit is connected upstream in the air line system.
  • the first conditioning unit is designed as a heating device, such a energetically efficient thermal conditioning of the air in the air duct system carried out, since only the difference amount of heat must be provided ge ⁇ by the first Konditio- unit, which can not provide the heat exchanger available.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a control system, as it is not claimed before ⁇ lying; 2 shows a first embodiment of the control system according to the invention in a schematic circuit diagram;
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention according to a schematic circuit diagram
  • the control system 1 comprises a duct system 2 to supply a high temperature battery 5, and a high temperature electrolyzer 5 with hot air.
  • a first conditioning unit 20, a heat exchanger 35 as well as a third conditioning unit 22 are provided for conditioning the air in the air duct system 2.
  • the first conditioning unit 20 is in this case designed as a heating device which thermally conditions air in the air duct system 2.
  • upstream of the bathtau ⁇ shear 35 is provided, which is also designed to thermally condition the air in the air duct system 2 air.
  • the heat exchanger 35 is capable of removing thermal energy from a hot air flow recirculated from the high-temperature battery 5 or from the high-temperature electrolyzer 5, in order to transfer this to the air stream supplied to the high-temperature battery 5 or to the high-temperature electrolyzer 5 , In this case, the heat exchanger 35 allows only a thermal conditioning, without changing the mass flow of the present in the air line system 2 hot air flow.
  • a third conditioning unit 22 which is designed as a flow generator.
  • the flow ⁇ generator 22 is able to pressurize the air in the air duct system with a flow and enables successful ⁇ Lich a variation of the mass flow.
  • a control unit 3 regulates the operating state of the first conditioning unit 20 and of the third conditioning unit 22. Control is effected in dependence on the temperature probe 10 as well as the second temperature probe 11 recorded temperature values. The detection of the Tem ⁇ peraturute takes place according to a first location Ol before the high temperature battery or before the high temperature electrolyzer 5, and at a second location 02 after the high- temperature battery or after the high-temperature electrolyzer.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a erfindungsgemä- SEN control system 1, which also enables the supply of a high ⁇ temperature battery 5 or a high temperature electrolyzer 5 with hot air via an air conduit system.
  • the hot air emerging from the high-temperature battery 5 or the high-temperature electrolyzer 5 is not returned to a heat exchanger for thermal conditioning, but is completely fed into the air line system 2 after being returned.
  • a conditioning is carried out both of the thermal bathin- halts as well as the mass flow of the air stream in the air duct system ⁇ . 2
  • the return takes place via a first return line 30, which is connected to a second conditioning unit 21.
  • the second conditioning unit 21 is designed as a flow generator which determines the flow quantity of the returned hot air in the first return line 30. Depending on the operating state, the flow generator 21 can recirculate a larger or smaller amount of hot air by means of the return line 30.
  • the high-temperature battery 5 and the high-temperature electrolyzer 5 supplied amount of hot air can be conditioned in terms of time both in terms of the thermal heat ⁇ quantity and on the mass flow. After the return of the high-temperature battery 5 and the high-temperature electrolyzer 5 emerging hot air this is mixed in the air line system 2 with additional air. This may, for example, be fresh air but also already conditioned air.
  • a first conditioning unit 20 is furthermore provided, which controls the air flow in the air line.
  • System 2 air flow thermally conditioned in terms of a heater.
  • Both the first conditioning unit 20 and also the second conditioning unit 21 and the third conditioning unit 22 are switched by a control unit 3, which in turn draws the detected temperature values of a first temperature probe 10 and a second temperature probe 11 as controlled variables.
  • a control unit 3 which draws the detected temperature values of a first temperature probe 10 and a second temperature probe 11 as controlled variables.
  • the second temperature probe 11 is designed to measure the temperature at a second location 02 downstream of the high-temperature battery 5 or the high-temperature electrolyzer 5.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention, which differs from the embodiment shown in Figure 2 only in that the control unit 3 three temperature probes 10, 11, 12 which make at different locations of the air duct system 2 Temperaturmes ⁇ solutions.
  • both upstream with respect to the high-temperature tur-battery 5 and the high-temperature electrolyzer 5 at a location Ol by means of a first temperature probe 10 detects a Tempe ⁇ temperature value.
  • a second temperature value at a second location 02 downstream with respect to the high-temperature battery 5 or the high-temperature electrolyzer 5 is detected by means of a second temperature probe 11.
  • a temperature value is detected, which is taken by means of a third temperature probe 12 on ⁇ .
  • the third location 03 is arranged in the high-temperature battery 5 or in the high-temperature electrolyzer 5.
  • the third location 03 as provided according to the implementation, may be arranged in the air line system 2.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention, which merely differs from the embodiment shown in FIG. 2 in that a second return line 31 is provided.
  • the second return line 31 is as
  • Branch line of the first return line 30 is formed.
  • the second return line 31 leads to a designated proportion of recirculated hot air to a heat exchanger 35 which is in the air line system between the first Konditio- ning unit 20 and the third conditioning unit 22 ver ⁇ switched.
  • the heat exchanger 35 is suitable for thermally conditioning the air in the air duct system 2.
  • the first return line 30 allows both a thermal conditioning as well as a conditioning with respect to the mass flow of the guided in the air duct 2 air flow
  • the second return ⁇ line 31 only allows a thermal conditioning.
  • suitable adjusting devices for example valves
  • This fourth conditioning unit may be formed as Strö ⁇ mung generator.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem (1) zur Temperaturregelung einer mit Heißluft über ein Luftleitungssystem (2) versorgten Hochtemperatur-Batterie (5) bzw. eines mit Heißluft über ein Luftleitungssystem (2) versorgten Hochtemperatur-Elektrolyseurs (5), welches wenigstens zwei Temperatursonden (10, 11) aufweist, die dazu ausgebildet sind, die Temperatur an zwei unterschiedlichen Orten (O1, O2) des Luftleitungssystems (2) zu erfassen, sowie wenigstens eine in Bezug auf die Hochtemperatur-Batterie (5) bzw. auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) stromaufwärts in das Luftleitungssystem (2) verschaltete erste Konditioniereinheit (20) zur physikalischen Konditionierung der Luft, sowie eine Rückführleitung (30), welche aus der Hochtemperaturbatterie (5) bzw. aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) ausgetretene Heißluft zu einem Ort des Luftleitungssystems (2) zurückführt und in dieses wieder einspeist, welcher Ort stromaufwärts in Bezug auf die Hochtemperaturbatterie (5) bzw. auf den Hochtemperatur- Elektrolyseur (5) angeordnet ist, wobei das Regelsystem (1) die erste Konditioniereinheit (20) in Abhängigkeit der durch die Temperatursonden (10, 11) erfassten Temperaturen regelt.

Description

Beschreibung
Temperaturregelsystem für eine Hochtemperatur-Batterie bzw. einen Hochtemperatur-Elektrolyseur
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelsystem zur Tempe¬ raturregelung einer mit Heißluft über ein Leitungssystem versorgten Hochtemperatur-Batterie bzw. eines mit Heißluft über ein Leitungssystem versorgten Hochtemperatur-Elektrolyseurs.
Eine Hochtemperatur-Batterie, wie auch ein Hochtemperatur- Elektrolyseur müssen zur Bereitstellung einer geeigneten Betriebstemperatur mit ausreichend Wärme versorgt werden. So ist bspw. bei einer Hochtemperaturbatterie wie in der DE 10 2009 057 720.3 beschrieben, eine Erwärmung der Batteriezelle bis auf ein Temperaturniveau von wenigstens 700 °C notwendig, um einen effizienten Betrieb gewährleisten zu können. Gleichermaßen sind auch Hochtemperatur-Elektrolyseure, wie bspw. in der EP12163588 beschrieben, mit Wärme zu versorgen, um ei- ne effiziente elektrochemische Gaszerlegung betreiben zu kön¬ nen. Die Effizienz beider Vorrichtungen wird maßgeblich durch die Betriebstemperatur beeinflusst, die beispielsweise die notwendigen Ionenflüsse in den Vorrichtungen bestimmt. Die erforderliche Wärme wird hierbei wenigstens teilweise durch einen Strom an Heißluft bereit gestellt, welcher der Hochtemperatur-Batterie, bzw. dem Hochtemperatur- Elektrolyseur zugeführt wird. Das Temperaturniveau dieser Heißluft muss jedoch nicht das Betriebtemperaturniveau der Hochtemperatur-Batterie, bzw. des Hochtemperatur- Elektrolyseur erreichen, sollte jedoch ausreichend hoch sein, um einen wesentlichen Wärmebeitrag leisten zu können. Als Heißluft soll vorliegend also thermisch konditionierte Luft verstanden werden, deren Temperaturniveau über dem Umgebungs- temperaturniveau liegt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll eine Hochtemperatur-Batterie wie auch ein Hochtemperatur-Elektrolyseur eine Betriebstemperatur von wenigstens 300°C, bevorzugt von we¬ nigstens 650°C aufweisen. Insbesondere sollen die Temperatu¬ ren ausreichend hoch sein, um eine Hochtemperatur-Batterie oder einen Hochtemperatur-Elektrolyseur bestimmungsgemäß betreiben zu können, die wenigstens teilweise auf der Basis einer Festelektrolyt-Brennstoffzelle (SOFC) arbeiten. Hierbei sind typischerweise Temperaturen von wenigstens 650°C erfor¬ derlich. Vergleichbare Betriebsvoraussetzungen sind aus dem technischen Bereich der Hochtemperatur-Brennstoffzellen bekannt, die als Festelektrolyt-Brennstoffzelle (SOFC) ausgebildet sind. So wird bspw. in der US 2004/0013913 AI beschrieben, dass eine solche Hochtemperatur-Brennstoffzelle mittels eines Luftleitungssystems mit erwärmter Luft versorgt wird. Die Er¬ wärmung erfolgt hierbei so, dass die der Hochtemperatur- Brennstoffzelle zugeführte Luft mittels eines Wärmetauschers und einer geeigneten Heizvorrichtung konditioniert wird. Die vom Wärmetauscher an die Luft abgegebene Energie wird teil- weise einer Rückflussleitung entnommen, welche verbrauchte
Luft aus der Hochtemperatur-Brennstoffzelle ab- und dem Wär¬ metauscher zuführt. Je nach der aus der Hochtemperatur- Brennstoffzelle abgeführten Menge an warmer Luft kann somit mittels des Wärmetauschers mehr oder weniger Wärme in einer thermischen Rezirkulationsschaltung der Hochtemperatur- Brennstoffzelle erneut zugeführt werden, wodurch der Gesamt¬ wärmeverlust gering gehalten werden kann. Zudem kann mit erhöhter Rezirkulation der Temperaturgradient über die Brennstoffzelle vermindert werden. Die Regelung der Gesamtmenge an dem Luftstrom zugeführter thermischer Energie wird von einem Regelsystem übernommen, welches den zusätzlichen externen Wärmeeintrag bestimmt, um letztendlich die Hochtemperatur- Brennstoffzelle mit ausreichend Gesamtwärme versorgen zu kön¬ nen .
Da jedoch, anders als bei einer Hochtemperatur- Brennstoffzelle, der Betrieb einer Hochtemperaturbatterie bzw. eines Hochtemperatur-Elektrolyseurs typischerweise unter verschiedenen, und sich zeitlich veränderlichen Last- und Ar- beitszuständen erfolgt, ist eine zeitlich variierende Versorgung der Hochtemperatur-Batterien bzw. der Hochtemperatur- Elektrolyseure mit thermischer Wärme notwendig. Typischerwei- se verläuft ein elektrische Energie aufnehmender Prozess¬ schritt bei einem Hochtemperatur-Elektrolyseur endotherm, was eine Zufuhr von Wärme erforderlich macht. Im Gegensatz dazu verläuft ein chemische Energie abgebender Prozessschritt ty¬ pischerweise exotherm. Erfolgt der Betrieb eines Hochtempera- tur-Elektrolyseurs nun derart, dass beide Arten des Betriebs abwechselnd vorgenommen werden, ist eine variierende Versor¬ gung mit Wärme erforderlich. Ebenso kann eine Hochtemperatur- Batterie in zwei unterschiedlichen Arbeitszuständen betrieben werden, einem elektrische Energie aufnehmenden und endother- men Ladezustand sowie einen elektrische Energie abgebenden und exothermen Entladezustand . Demgemäß ist auch hier eine variierende Versorgung mit Wärme erforderlich, falls beide Arbeitszustände abwechselnd zueinander gewählt werden. Ferner können Hochtemperaturbatterien bzw. Hochtemperatur-
Elektrolyseure zur Aufnahme von Überschussenergie aus erneu¬ erbaren, fluktuierenden Energiequellen (Windenergie, Solarenergie) vorgesehen sein. Dies führt zu einer andauernden Veränderung der aufzunehmenden Leistung und damit auch zu Veränderungen in ihrem Arbeitszustand.
Verschiedene Arbeitszustände erfordern aber typischerweise auch voneinander unterschiedliche Massenströme in der Luft¬ versorgung. Damit unterscheidet sich der Betrieb einer Hoch- temperaturbatterie bzw. eines Hochtemperatur-Elektrolyseurs jedoch grundsätzlich von dem einer Hochtemperatur- Brennstoffzelle, die typischerweise lediglich einen einzigen definierten Arbeitszustand hat. Wenn eine Hochtemperatur-Batterie bzw. ein Hochtemperatur- Elektrolyseur mit sich zeitlich verändernden Massenströmen an Luft versorgt werden muss, zeigt sich, dass die thermische Konditionierung, wie in der US 2004/0013913 AI beschrieben, nicht ausreichend effizient betrieben werden kann. Unter sol¬ chen Umständen kann nämlich ein hoher thermischer Wärmeeintrag in den Luftstrom erforderlich werden, welcher nur durch Bereitstellung von großen Mengen an thermischer Energie durch eine externe Wärmequelle gedeckt werden kann. Die ausschlie߬ lich thermische Einkopplung von Wärme aus der Rückflusslei¬ tung erweist sich hierbei als energetisch nicht ausreichend vorteilhaft. Zudem kann sich die Regelgeschwindigkeit als nicht ausreichend für die schnelle Erwärmung großer Luftströ- me erweisen.
Folglich ist es technisch erforderlich, ein Regelsystem zur Temperaturregelung einer mit Heißluft über ein Leitungssystem versorgten Hochtemperatur-Batterie bzw. eines mit Heißluft über ein Luftleitungssystem versorgten Hochtemperatur- Elektrolyseurs vorzuschlagen, welches die Nachteile aus dem
Stand der Technik vermeidet. Insbesondere soll ein energieef¬ fizienter Betrieb auch bei variierenden Massenströmen in der Luftversorgung ermöglicht werden. Weiterhin soll die Versorgung einer Hochtemperatur-Batterie bzw. eines Hochtemperatur- Elektrolyseurs mit einem zeitlich variierenden Massenstrom ermöglicht werden, wobei die Wärmekonditionierung dieses Mas¬ senstroms verhältnismäßig energieeffizient erfolgt.
Diese der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden durch ein Regelsystem gemäß Anspruch 1 gelöst.
Insbesondere werden diese der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben durch ein Regelsystem zur Temperaturregelung einer mit Heißluft über ein Luftleitungssystem ver- sorgten Hochtemperaturbatterie bzw. eines mit Heißluft über ein Luftleitungssystem versorgten Hochtemperaturelektrolyseurs gelöst, welches wenigstens zwei Temperatursonden auf¬ weist, die dazu ausgebildet sind, die Temperatur an zwei un¬ terschiedlichen Orten des Luftleitungssystems zu erfassen, sowie wenigstens eine in Bezug auf die Hochtemperaturbatterie bzw. auf den Hochtemperaturelektrolyseur stromaufwärts in das Luftleitungssystem verschaltete erste Konditioniereinheit zur physikalischen Konditionierung der Luft, sowie eine Rückführ- leitung, welche aus der Hochtemperaturbatterie bzw. aus dem Hochtemperaturelektrolyseur ausgetretene Heißluft zu einem Ort des Luftleitungssystems zurückführt und in dieses wieder einspeist, welcher Ort stromaufwärts in Bezug auf die Hoch- temperaturbatterie bzw. auf den Hochtemperaturelektrolyseur angeordnet ist, wobei das Regelsystem die erste Konditionier- einheit in Abhängigkeit der durch die Temperatursonden er- fassten Temperaturen regelt. An dieser Stelle sei angemerkt, dass erfindungsgemäß das
Luftleitungssystem sowohl alle Bereiche der LuftZuleitung wie auch Luftableitung umfasst. Weiter umfasst das Luftleitungs¬ system die für die Heißluftleitung geeigneten Bereiche innerhalb der Hochtemperatur-Batterie bzw. innerhalb des Hochtem- peratur-Elektrolyseurs .
Das erfindungsgemäße Regelsystem gemäß Anspruch 1 ist folg¬ lich so ausgebildet, dass wenigstens ein Teil der aus der Hochtemperatur-Batterie bzw. dem Hochtemperatur-Elektrolyseur austretenden Heißluft in das Luftleitungssystem zurückgeführt und wieder eingespeist wird, wobei die Einspeisung an einem Ort erfolgt, der in Bezug auf die Hochtemperatur-Batterie bzw. auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur stromaufwärts angeordnet ist. Folglich wird nicht nur thermische Energie an den die Hochtemperatur-Batterie bzw. den Hochtemperatur- Elektrolyseur versorgenden Luftstrom abgegeben, sondern tem- peraturkonditionierte Heißluft. Damit wird der Luftstrom nicht nur hinsichtlich seines Wärmeinhalts sondern auch hinsichtlich seines Massenstroms verändert.
Gleichzeitig kann der Luftstrom auch noch hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung verändert werden, da die aus der Hochtemperatur-Batterie bzw. aus dem Hochtemperatur- Elektrolyseur austretende Heißluft hinsichtlich ihrer Zusam- mensetzung, also der einzelnen Partialdrücke, verändert sein kann. So ist es beispielsweise möglich, dass aus einer Hoch¬ temperatur-Batterie bzw. aus einem Hochtemperatur- Elektrolyseur austretende Heißluft vermehrt bzw. mitunter auch vermindert Sauerstoff aufweist. Durch Mischung der re¬ zirkulierten Heißluft etwa mit Frischluft kann folglich der Sauerstoffgehalt in der der Hochtemperatur-Batterie bzw. dem Hochtemperatur-Elektrolyseur erneut zugeführten Luft einge- stellt werden. Damit kann jedoch auch die Effizienz der elektrochemischen Vorgänge in der Hochtemperatur-Batterie bzw. in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur beeinflusst werden, da diese konzentrationsabhängig sind. Weiter sieht das erfindungsgemäße Regelsystem vor, dass we¬ nigstens eine Konditioniereinheit vorhanden ist, die in Ab¬ hängigkeit der durch die Temperatursonden erfassten Temperaturen geregelt wird. Die Konditioniereinheit kann hierbei ge¬ eignet sein, den Luftstrom lediglich hinsichtlich seines Wärmeinhalts bzw. auch hinsichtlich seines Massenstroms zu konditionieren . Ebenso ist auch eine gleichzeitige Konditio¬ nierung von thermischem Wärmeinhalt wie auch Massenstrom denkbar. Die Temperatursonden erfassen hierbei die Temperatur der Luft an unterschiedlichen Orten des Luftleitungssystems so dass bei Vergleich beider Temperaturen eine geeignete Be¬ triebsänderung der Konditioniereinheit vorgenommen werden kann. Die Betriebsänderung wird folglich als Reaktion eines erfassten Temperaturunterschiedes durch das Regelsystem veranlasst .
Wird die Hochtemperatur-Batterie nun bspw. in einem Ladezu¬ stand betrieben, erfordert dies typischerweise eine verstärk¬ te Versorgung mit Luft eines hohen Temperaturniveaus, um den Ladezustand überhaupt erst zu ermöglichen. Aufgrund des ther- mischen Energieverbrauchs in der Hochtemperatur-Batterie weist der aus der Hochtemperatur-Batterie austretende Hei߬ luftstrom folglich ein relativ geringeres Temperaturniveau auf als der in die Hochtemperatur-Batterie eintretende Luft¬ strom. Anders verhält es sich jedoch während eines Entladezu- Standes, während dessen die Hochtemperatur-Batterie selbst thermische Wärme erzeugt und diese auf den Luftstrom über¬ trägt, wobei mit dem Heißluftstrom die Wärme aus der Hochtemperatur-Batterie abgeführt wird. Die Versorgung der Hochtemperatur-Batterie während eines Ent- ladezustandes erfordert einen geringen Wärmeeintrag mit dem versorgenden Luftstrom. Wird aber die Hochtemperatur-Batterie von einem Entladezustand in einen Ladezustand überführt, kann weiterhin die in der Hochtemperatur-Batterie vorhandene Wärme geeignet mit dem Heißluftstrom aus dieser ab- und erneut dem Luftleitungssystem nach erfolgter Einspeisung zugeführt werden. Hierbei ist mitunter eine Änderung des Luftmassenstroms erforderlich .
Erfindungsgemäß kann nun in der Anfangsphase des Ladezustan¬ des der Luftstrom sowohl thermisch als auch hinsichtlich des Massenstroms durch die aus der Hochtemperatur-Batterie abge¬ führte Heißluft vorteilhaft konditioniert werden. Hierbei verringert sich im Laufe des Ladezustandes, die mit der dem Heißluftstrom aus der Hochtemperatur-Batterie abgeführte Wär¬ memenge zunehmend. In dem Maße, in welchem sich die diese Wärmemenge verringert, kann dem der Hochtemperatur-Batterie zugeführten Heißluftstrom durch einen veränderlichen Wärmeeintrag thermisch konditioniert werden. Gleichzeitig kann aber auch eine Konditionierung des Massenstroms erfolgen, falls die notwendig ist.
Wie eine Hochtemperatur-Batterie bei unterschiedlichen Ar- beitszuständen mit einem Luftstrom unterschiedlichen thermischen Wärmeinhalts wie auch unterschiedlichen Massenstroms versorgt werden muss, so ist auch ein Hochtemperatur- Elektrolyseur mitunter bei unterschiedlichen Betriebszustän- den mit unterschiedlichen Mengen an Wärme bzw. mit einem unterschiedlichen Massenstrom an Luft zu versorgen.
So kann bspw. wie in der weiter oben beschriebenen, aus dem Stande der Technik bekannten Ausführungsform eines Hochtemperatur-Elektrolyseurs ein solcher in verschiedenen Arbeitszu- ständen betrieben werden. Hierbei kann ein Arbeitszustand eine relativ verstärkte Versorgung mit thermischer Energie wie auch einen angepassten und veränderten Massenstrom erfordern. Vor allem aber bei solchen Übergangszuständen, also bei einem sich ändernden Arbeitszustand, ist typischerweise eine Verän¬ derung hinsichtlich des Temperaturniveaus und des Massen¬ stroms notwendig. Um folglich eine effiziente thermische Kon- ditionierung des Luftstroms bei auch gleichzeitig vorteilhaf¬ ter Konditionierung des Massenstroms zu erreichen, kann das erfindungsgemäße Regelsystem vorteilhaft eingesetzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Regelung der ersten Konditionier- einheit auch in Abhängigkeit des erfassten Temperaturunterschieds geregelt werden kann. Hierbei ist es also möglich, dass das Regelsystem nicht zwei unterschiedliche Temperatur¬ werte als Regelgrößen verarbeitet, sondern dass dieses ledig- lieh eine Regelgröße, nämlich den Temperaturunterschied zur Systemregelung zur Systemregelung heranziehen. Der Temperaturunterschied kann hierbei vorteilhaft durch eine elektroni¬ sche Vergleichsschaltung ermöglicht sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Regelsystem eine in die Rückführleitung verschaltete zweite Konditioniereinheit aufweist, die als Strö¬ mungsgenerator ausgebildet ist, und die dazu geeignet ist, die sich in der Rückführleitung befindliche Heißluft mit ei- ner Strömung zu beaufschlagen, wobei das Regelsystem diese zweite Konditioniereinheit auch in Abhängigkeit der durch die Temperatursonden erfassten Temperaturen regelt. Die in die Rückführleitung verschaltete zweite Konditioniereinheit er¬ möglicht eine gleichzeitige Rückführung von thermischer Ener- gie wie auch eine Änderung des Massenstroms. Demgemäß kann vor allem dann bei sich verändernden Anforderungen an den thermischen Wärmeinhalt des Luftstroms wie auch an den Mas¬ senstrom durch eine geeignete Einstellung der zweiten Konditioniereinheit zielgerichtet reagiert werden. Soll etwa der Hochtemperatur-Batterie bzw. dem Hochtemperatur-Elektrolyseur ein höherer Massenstrom bei gleichzeitig erhöhter Wärmemenge zugeführt werden, kann dies durch einen erhöhten Heißluftstrom in der Rückführleitung erreicht werden. Entsprechend einer Ausführungsform kann die zweite Konditio- niereinheit als Injektor und/oder Ejektor, insbesondere als Gasstrahlpumpe, oder gemäß einer anderen Ausführungsform als Verdichterpumpe ausgeführt sein. Weiter ist es auch möglich, dass diese zweite Konditioniereinheit nicht in Abhängigkeit der einzeln erfassten Temperaturwerte geregelt wird, sondern aufgrund eines Temperaturunterschiedwertes. Entsprechend einer Weiterführung dieser Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass die Rückführleitung geeignete Stelleinrichtungen aufweist, die eine gezielte Veränderung des Massenstroms in der Rückführleitung ermöglichen. Solche Stelleinrichtungen können bspw. als Ventile ausgeführt sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste Temperatursonde an dem Luftleitungssystem an einem ersten Ort stromaufwärts vor der Hochtemperatur-Batterie bzw. vor dem Hochtemperatur- Elektrolyseur vorgesehen ist, und eine andere zweite Tempera¬ tursonde an dem Luftleitungssystem an einem zweiten Ort stromabwärts nach der Hochtemperatur-Batterie bzw. nach dem Hochtemperatur-Elektrolyseur . Das Regelsystem erlaubt folglich aufgrund des sich zwischen den Messpunkten einstellenden Temperaturfeldes eine geeignete Regelung der stromaufwärts vorgesehenen Konditioniereinheiten . Ebenso ist auch eine in der Rückführleitung verschaltete Konditioniereinheit geeignet regelbar. Die Messung der Temperaturen vor und nach der Hochtemperatur-Batterie bzw. Hochtemperatur-Elektrolyseur erfor- dert hierbei keine weiteren Kenntnisse der Temperaturvertei¬ lung in der Hochtemperatur-Batterie bzw. dem Hochtemperatur- Elektrolyseur und stellt folglich eine besonders einfache Re¬ gelung dar. Anders verhält es sich bei einer weiteren Ausführungsform, welche eine erste Temperatursonde an dem Luftleitungssystem an einem ersten Ort stromaufwärts vor der Hochtemperatur- Batterie bzw. vor dem Hochtemperatur-Elektrolyseur vorsieht, und eine andere zweite Temperatursonde in der Hochtemperatur- Batterie bzw. in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur . Zwar erfordert die Regelung aufgrund von in der Hochtemperatur- Batterie bzw. in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur erfassten Temperaturen eine weitergehende Kenntnis der Vorgänge in die¬ sen Vorrichtungen, so kann jedoch mitunter aufgrund dieser Kenntnis eine gezielte bzw. zeitlich schnellere Regelung der Konditioniereinheiten erfolgen. Insbesondere kann damit den sich verändernden Temperaturverhältnissen in der Hochtempera- tur-Batterie bzw. in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur während einer Betriebsänderung verbessert Rechnung getragen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens drei Temperatursonden vorgesehen sind, wobei eine erste Temperatursonde an dem Luftleitungssystem an einem ersten Ort stromaufwärts vor der Hochtemperatur- Batterie bzw. vor dem Hochtemperatur-Elektrolyseur vorgesehen ist, eine zweite Temperatursonde an dem Luftleitungssystem an einem zweiten Ort stromabwärts nach der Hochtemperatur- Batterie bzw. nach dem Hochtemperatur-Elektrolyseur vorgesehen ist und eine dritte Temperatursonde in der Hochtempera¬ tur-Batterie bzw. in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur. Folglich stehen dem Regelsystem wenigstens drei Temperaturwerte zur Verfügung, die eine vorteilhafte und auf den Betriebszu¬ stand geeignet abgestimmte Regelung der Konditioniereinheiten ermöglicht. Insbesondere bei sich ändernden Betriebszuständen kann die Kenntnis von verschiedenen Temperaturwerten des Luftleitungssystems eine detaillierte Kenntnis der ablaufen¬ den Vorgänge ermöglichen, wodurch eine vorteilhafte Regelung der Konditioniereinheiten ermöglicht wird.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Konditioniereinheit als Heizvorrichtung ausgebil¬ det, die dazu geeignet ist, die der in dem Luftverteilungs- System befindlichen Heißluft Wärme zuzuführen. Je nach Regelungszustand gibt die Heizvorrichtung mehr oder weniger Wärme an den in dem Luftleitungssystem befindlichen Luftstrom ab. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Konditio- niereinheit auch als Strömungsgenerator ausgebildet sein, der dazu ausgebildet ist, die sich in dem Luftleitungssystem befindliche Luft mit einer Strömung zu beaufschlagen. Die Be- aufschlagung der Strömung erfolgt insbesondere variabel. So kann bspw. bei Nachfrage einer Erhöhung des Massenstroms der Strömungsgenerator derart geregelt werden, dass der Luftstrom mit einer verstärkten Strömung beaufschlagt wird. Es ist hierbei auch darauf hinzuweisen, dass bei Beaufschlagung der Strömung die Luft keine thermische Konditionierung erfahren muss. So ist es ausführungsgemäß auch ausreichend, Frischluft mit einer Strömung zu beaufschlagen, die in das Luftleitungssystem eingeleitet und erst nachfolgend thermisch konditio¬ niert wird.
Mittels des Strömungsgenerators kann auch in vorteilhafter Weise der Gehalt an Sauerstoff in der in dem Luftleitungssys¬ tem befindlichen Luft eingestellt werden. So kann etwa die Menge bzw. der Anteil an Frischluft im Vergleich zu rezirku- lierter Heißluft beeinflusst werden. Da nämlich mitunter die aus einer Hochtemperatur-Batterie bzw. aus einem Hochtempera- tur-Elektrolyseur austretende Heißluft vermehrt bzw. mitunter auch vermindert Sauerstoff aufweist, kann durch Mischung der rezirkulierten Heißluft mit Frischluft der Sauerstoffgehalt in der der Hochtemperatur-Batterie bzw. dem Hochtemperatur-
Elektrolyseur erneut zugeführten Luft eingestellt werden. Damit kann jedoch auch die Effizienz der elektrochemischen Vorgänge in der Hochtemperatur-Batterie bzw. in dem Hochtempera- tur-Elektrolyseur beeinflusst werden. Beispielsweise kann in einem Entladezustand einer Hochtemperatur-Batterie ein höhe¬ rer Sauerstoffgehalt zu einer zeitlich schnelleren Entladung führen, wodurch etwa eine höhere Energiedicht zur Verfügung gestellt werden kann. Entsprechend einer weiteren, überaus vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Regelsystem wenigstens zwei in Bezug auf die Hochtemperatur- Batterie bzw. auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur stromauf- wärts in das Luftleitungssystem verschaltete Konditionierein- heiten aufweist, wobei eine Konditioniereinheit als Heizvor¬ richtung ausgebildet ist, die dazu geeignet ist, der in dem Luftleitungssystem befindlichen Luft Wärme zuzuführen, und eine Konditioniereinheit als Strömungsgenerator ausgebildet ist, der dazu geeignet ist, die sich in dem Luftleitungssys¬ tem befindliche Luft mit einer Strömung zu beaufschlagen, wobei das Regelsystem die beiden Konditioniereinheiten in Abhängigkeit des durch die Temperatursonden erfassten Tempera- turunterschiedes regelt. Alternativ kann auch eine Regelung aufgrund des durch die Temperatursonden erfassten Temperaturunterschieds erfolgen. Ausführungsgemäß erlaubt folglich das Regelsystem eine gleichzeitige Beeinflussung des Massenstroms in dem Luftleitungssystem wie auch eine davon getrennte Kon- ditionierung des Wärmeinhalts der Heißluft. Folglich können beide physikalischen Parameter geeignet und verhältnismäßig unabhängig voneinander eingestellt werden. Demgemäß kann auf entsprechende Betriebsänderungen in der Hochtemperatur- Batterie bzw. in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur verhältnis- mäßig schnell reagiert werden. Weiterhin ist es möglich, die Regelung von erster Konditioniereinheit und zweiter Konditio¬ niereinheit energieoptimiert auszuführen. Hierbei können bspw. als weitere Steuergrößen der zeitliche Energieverbrauch von erster Konditioniereinheit und zweiter Konditionierein- heit zusätzlich zu den Regelgrößen der erfassten Temperaturwerte durch das Regelsystem berücksichtigt werden.
Gemäß einer Weiterführung dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die zwei Konditioniereinheiten als ein Bau- teil ausgebildet sind, und insbesondere in dem Bauteil eine
Reihenschaltung aufweisen. Damit wird der Bauaufwand merklich vermindert .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorge- sehen, dass das Regelsystem weiterhin eine zweite Rückführleitung aufweist, welche aus der Hochtemperatur-Batterie bzw. aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur ausgetretene Heißluft zu einem Ort des Luftleitungssystems zurückführt, welcher Ort stromaufwärts in Bezug auf die Hochtemperatur-Batterie bzw. auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur angeordnet ist. Die zweite Rückführleitung kann hierbei separat aus der Hochtemperatur-Batterie bzw. aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur ausgeführt werden, bzw. kann als Zweigleitung von der ersten Rückführleitung oder dem Luftleitungssystem abgeführt werden. Die zweite Rückführleitung kann ebenso wie die erste Rück¬ führleitung an demselben Ort in das Luftleitungssystem münden und den darin geführten Luftstrom in das Luftleitungssystem einspeisen. Eine zweite Rückführleitung erlaubt hierbei eine hinsichtlich der Flexibilität bei Reaktion auf Betriebszu- standsänderungen verbesserte Anordnung. Die Flexibilität ist insbesondere dann verbessert, wenn die zweite Rückführleitung an einem Ort in das Luftleitungssystem mündet, welcher nicht mit dem ersten Ort identisch ist, an welchen die erste Rückführleitung in das Luftleitungssystem mündet. Demgemäß können dem Luftleitungssystem an unterschiedlichen Orten unterschiedliche Mengen an thermischer Energie wie auch an Hei߬ luft zugeführt werden.
Gemäß einer Weiterführung dieses Aspektes ist vorgesehen, dass die zweite Rückführleitung, die aus der Hochtemperatur- Batterie bzw. aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur austretende Heißluft zu einem Wärmetauscher führt, welcher dazu ausge- bildet ist, den Luftstrom in dem Luftleitungssystem zu erwärmen, bevor er der Hochtemperatur-Batterie bzw. dem Hochtempe¬ ratur-Elektrolyseur zugeführt wird. Eine Konditionierung der in dem Luftleitungssystem befindlichen Heißluft kann folglich lediglich thermisch erfolgen, ohne auch gleichzeitig den Mas- senstrom der Heißluft in dem Luftleitungssystem mit zu beeinflussen. Dies wiederum erhöht die Flexibilität und Regelviel¬ falt bei unterschiedlichen Betriebsanforderungen.
Entsprechend einer Weiterführung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher in Bezug auf die erste
Konditioniereinheit stromaufwärts in dem Luftleitungssystem verschaltet ist. Vor allem dann, wenn die erste Konditioniereinheit als Heizvorrichtung ausgeführt ist, kann so eine energetisch effiziente thermische Konditionierung der Luft in dem Luftleitungssystem erfolgen, da durch die erste Konditio- niereinheit nur noch der Differenzbetrag der Wärme bereit ge¬ stellt werden muss, welchen der Wärmetauscher nicht zur Ver- fügung stellen kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einzelner Ausführungs formen im Detail beschrieben. Hierbei soll jedoch die Allge meinheit der beanspruchten Erfindung nicht beeinträchtigt sein .
Die in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen aufgeführten Einzelmerkmale sollen für sich alleine und auch in Zusammensicht mit anderen vorliegend beschriebenen Merkmalen beansprucht sein. Insbesondere solle jede Kombination dieser Einzelmerkmale vorliegend beansprucht sein.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen lediglich schematisch zu verstehen sind, ohne damit jedoch eine mögliche Konkretisierung der Erfindung in Frage stellen zu können. Eine Konkretisierung kann der Fachmann anhand seines allgemeinen Fachwissens im Licht der vorliegenden Offenbarung vornehmen.
Hierbei zeigen
FIG 1 eine Ausführungsform eines Regelsystems, wie es vor¬ liegend nicht beansprucht ist; FIG 2 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Regelsystems in einer schematischen Schaltdarstellung;
FIG 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung gemäß einer schematischen Schaltdarstellung;
FIG 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung gemäß einer schematischen Schaltdarstellung. FIG 1 zeigt eine Ausführungsform eines vorliegend nicht bean¬ spruchten Regelsystems 1. Hierbei umfasst das Regelsystem 1 ein Luftleitungssystem 2 zur Versorgung einer Hochtemperatur- Batterie 5 bzw. eines Hochtemperatur-Elektrolyseurs 5 mit Heißluft. Zur Konditionierung der in dem Luftleitungssystem 2 befindlichen Luft ist eine erste Konditioniereinheit 20, ein Wärmetauscher 35 wie auch eine dritte Konditioniereinheit 22 vorgesehen. Die erste Konditioniereinheit 20 ist hierbei als Heizvorrichtung ausgebildet, die in dem Luftleitungssystem 2 befindliche Luft thermisch konditioniert. In Bezug auf die erste Konditioniereinheit 20 stromaufwärts ist der Wärmetau¬ scher 35 vorgesehen, welcher ebenfalls dazu ausgebildet ist, die in dem Luftleitungssystem 2 befindliche Luft thermisch zu konditionieren . Der Wärmetauscher 35 vermag thermische Ener- gie aus einem aus der Hochtemperatur-Batterie 5 bzw. aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 rückgeführten Heißluftstrom zu entnehmen, um diese auf den der Hochtemperatur-Batterie 5 bzw. dem der Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 zugeführten Luftstrom zu übertragen. Hierbei erlaubt der Wärmetauscher 35 ausschließlich eine thermische Konditionierung, ohne den Massenstrom des in dem Luftleitungssystem 2 befindlichen Heiß- luftstroms zu verändern.
Weiterhin in Bezug auf den Wärmetauscher 35 stromaufwärts be- findet sich eine dritte Konditioniereinheit 22 angeordnet, welche als Strömungsgenerator ausgebildet ist. Der Strömungs¬ generator 22 vermag die in dem Luftleitungssystem befindliche Luft mit einer Strömung zu beaufschlagen und ermöglicht folg¬ lich eine Variation des Massenstroms. Um eine geeignete Kon- ditionierung des Luftstroms in dem Luftleitungssystem 2 zu erreichen, regelt eine Regeleinheit 3 den Betriebszustand der ersten Konditioniereinheit 20 sowie der dritten Konditioniereinheit 22. Die Regelung erfolgt hierbei in Abhängigkeit der durch eine erste Temperatursonde 10 wie auch zweite Tempera- tursonde 11 erfassten Temperaturwerte. Die Erfassung der Tem¬ peraturwerte erfolgt entsprechend an einem ersten Ort Ol vor der Hochtemperatur-Batterie bzw. vor dem Hochtemperatur- Elektrolyseur 5 sowie an einem zweiten Ort 02 nach der Hoch- temperaturbatterie bzw. nach dem Hochtemperatur- Elektrolyseur .
FIG 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemä- ßen Regelsystems 1, welches ebenso die Versorgung einer Hoch¬ temperatur-Batterie 5 bzw. eines Hochtemperatur- Elektrolyseurs 5 mit Heißluft über ein Luftleitungssystem 2 ermöglicht. Im Vergleich zu der in FIG 1 gezeigten Ausführungsform wird jedoch die aus der Hochtemperatur-Batterie 5 bzw. dem Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 austretende Heißluft nicht einem Wärmetauscher zur thermischen Konditionierung zurückgeführt, sondern wird nach ihrer Rückleitung in das Luftleitungssystem 2 vollständig in dieses eingespeist. Hierbei erfolgt eine Konditionierung sowohl des thermischen Wärmein- halts als auch des Massenstroms des Luftstroms in dem Luft¬ leitungssystem 2.
Die Rückführung erfolgt über eine erste Rückführleitung 30, die mit einer zweiten Konditioniereinheit 21 verschaltet ist. Die zweite Konditioniereinheit 21 ist als Strömungsgenerator ausgebildet, der die Flussmenge der zurück geführten Heißluft in der ersten Rückführleitung 30 bestimmt. Je nach Betriebszustand kann der Strömungsgenerator 21 eine größere bzw. auch kleinere Menge an Heißluft mittels der Rückführleitung 30 re- zirkulieren. Damit kann die der Hochtemperatur-Batterie 5 bzw. dem Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 zugeführte Menge an Heißluft zeitlich sowohl in Bezug auf die thermische Wärme¬ menge als auch auf den Massenstrom konditioniert werden. Nach erfolgter Rückführung der aus der Hochtemperatur-Batterie 5 bzw. dem Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 austretenden Heißluft wird diese in dem Luftleitungssystem 2 mit weiterer Luft vermischt. Hierbei kann es sich bspw. um Frischluft aber auch um bereits konditionierte Luft handeln. Um den der Hochtemperatur-Batterie 5 bzw. dem Hochtemperatur- Elektrolyseur 5 zugeführten Luftstrom zusätzlich noch thermisch konditionieren zu können, ist weiterhin eine erste Konditioniereinheit 20 vorgesehen, die den in dem Luftleitungs- System 2 befindlichen Luftstrom im Sinne einer Heizvorrichtung thermisch konditioniert.
Sowohl die erste Konditioniereinheit 20 wie auch die zweite Konditioniereinheit 21 und die dritte Konditioniereinheit 22 werden durch eine Regeleinheit 3 geschaltet, die wiederum als Regelgrößen die erfassten Temperaturwerte einer ersten Temperatursonde 10 und einer zweiten Temperatursonde 11 heran¬ zieht. Mittels der ersten Temperatursonde 10 wird die Tempe- ratur der Heißluft an einem ersten Ort Ol stromaufwärts in
Bezug auf die Hochtemperatur-Batterie 5 bzw. dem Hochtempera- tur-Elektrolyseur 5 gemessen. Die zweite Temperatursonde 11 ist dazu ausgebildet, die Temperatur an einem zweiten Ort 02 stromabwärts von der Hochtemperatur-Batterie 5 bzw. dem Hoch- temperatur-Elektrolyseur 5 zu messen.
Aufgrund der geregelten Zurückführung von Heißluft aus der Hochtemperatur-Batterie 5 bzw. aus dem Hochtemperatur- Elektrolyseur 5 in das Luftleitungssystem 2 stromaufwärts in Bezug auf die Hochtemperatur-Batterie 5 bzw. auf den Hochtem- peratur-Elektrolyseur 5 kann eine energetisch effiziente wie auch hinsichtlich der Anforderungen bei einer Änderung des Betriebszustandes der Hochtemperatur-Batterie 5 bzw. des Hochtemperatur-Elektrolyseurs 5 vorteilhafte Rezirkulation der Heißluft erfolgen. Vor allem bei Änderungen des Betriebszustandes welche eine gleichzeitige Änderung des Massenstroms wie auch der thermischen Wärmeleistung erfordern, kann so vorteilhaft der der Hochtemperatur-Batterie 5 wie dem Hoch- temperatur-Elektrolyseur 5 zugeführte Luftstrom konditioniert werden.
FIG 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche sich von der in FIG 2 dargestellten Ausführungsform lediglich dahingehend unterscheidet, dass die Regeleinheit 3 drei Temperatursonden 10, 11, 12 aufweist, die an unterschiedlichen Orten des Luftleitungssystems 2 Temperaturmes¬ sungen vornehmen. Hierbei wird wie in der Ausführungsform gemäß FIG 2 sowohl stromaufwärts in Bezug auf die Hochtempera- tur-Batterie 5 bzw. den Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 an einem Ort Ol mittels einer ersten Temperatursonde 10 ein Tempe¬ raturwert erfasst. Zusätzlich wird ein zweiter Temperaturwert an einem zweiten Ort 02 stromabwärts in Bezug auf die Hoch- temperatur-Batterie 5 bzw. den Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 mittels einer zweiten Temperatursonde 11 erfasst. Zusätzlich wird auch noch an einem dritten Ort 03 ein Temperaturwert erfasst, welcher mittels einer dritten Temperatursonde 12 auf¬ genommen wird. Der dritte Ort 03 ist in der Hochtemperatur- Batterie 5 bzw. in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 angeordnet. Hierbei kann der dritte Ort 03, wie ausführungsgemäß vorgesehen, in dem Luftleitungssystem 2 angeordnet sein.
Ebenso ist jedoch grundsätzlich auch möglich, an anderen Orten der Hochtemperatur-Batterie 5 bzw. des Hochtemperatur- Elektrolyseurs 5 außerhalb des Luftleitungssystems 2 Tempera¬ turwerte zu erfassen.
FIG 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die sich von der in FIG 2 gezeigten Ausführungsform lediglich da- hingehend unterscheidet, dass eine zweite Rückführleitung 31 vorgesehen ist. Die zweite Rückführleitung 31 ist als
Zweigleitung der ersten Rückführleitung 30 ausgebildet. Die zweite Rückführleitung 31 führt einen bestimmungsgemäßen Anteil an zurückgeführter Heißluft einem Wärmetauscher 35 zu, der in dem Luftleitungssystem zwischen der ersten Konditio- niereinheit 20 und der dritten Konditioniereinheit 22 ver¬ schaltet ist. Der Wärmetauscher 35 ist geeignet, die in dem Luftleitungssystem 2 befindliche Luft thermisch zu konditio- nieren. Während also die erste Rückführleitung 30 sowohl eine thermische Konditionierung wie auch eine Konditionierung hinsichtlich des Massenstroms des in dem Luftleitungssystem 2 geführten Luftstroms ermöglicht, erlaubt die zweite Rückführ¬ leitung 31 lediglich eine thermische Konditionierung. Ausführungsgemäß ist es möglich, sowohl in der ersten Rückführlei- tung 30 wie auch in der zweiten Rückführleitung 31 geeignete Stelleinrichtungen, bspw. Ventile, vorzusehen. Ebenso ist es möglich, in der zweiten Rückführleitung 31 eine weitere vierte Konditioniereinheit (vorliegend nicht gezeigt) zu ver- schalten. Diese vierte Konditioniereinheit kann als Strö¬ mungsgenerator ausgebildet sein.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprü- chen.

Claims

Patentansprüche
1. Regelsystem (1) zur Temperaturregelung einer mit Heißluft über ein Luftleitungssystem (2) versorgten Hochtempera- turbatterie (5) bzw. eines mit Heißluft über ein Luftlei¬ tungssystem (2) versorgten Hochtemperaturelektrolyseurs (5), welches wenigstens zwei Temperatursonden (10, 11) aufweist, die dazu ausgebildet sind, die Temperatur an zwei unter¬ schiedlichen Orten (Ol, 02) des Luftleitungssystems (2) zu erfassen, sowie wenigstens eine in Bezug auf die Hochtempera¬ turbatterie (5) bzw. auf den Hochtemperaturelektrolyseur (5) stromaufwärts in das Luftleitungssystem (2) verschaltete ers¬ te Konditioniereinheit (20) zur physikalischen Konditionie¬ rung der Luft, sowie eine Rückführleitung (30), welche aus der Hochtemperaturbatterie (5) bzw. aus dem Hochtemperature¬ lektrolyseur (5) ausgetretene Heißluft zu einem Ort des Luft¬ leitungssystems (2) zurückführt und in dieses wieder ein¬ speist, welcher Ort stromaufwärts in Bezug auf die Hochtempe¬ raturbatterie (5) bzw. auf den Hochtemperaturelektrolyseur (5) angeordnet ist, wobei das Regelsystem (1) die erste Kon¬ ditioniereinheit (20) in Abhängigkeit der durch die Tempera¬ tursonden (10, 11) erfassten Temperaturen regelt.
2. Regelsystem gemäß Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
das Regelsystem (1) weiterhin eine in die Rückführleitung (30) verschaltete zweite Konditioniereinheit (21) aufweist, die als Strömungsgenerator ausgebildet ist, und die dazu ge¬ eignet ist, die sich in der Rückführleitung (30) befindende Heißluft mit einer Strömung zu beaufschlagen, wobei das Regelsystem (1) diese zweite Konditioniereinheit (21) auch in Abhängigkeit der durch die Temperatursonden (10, 11) erfass¬ ten Temperaturen regelt.
3. Regelsystem gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
eine erste Temperatursonde (10) an dem Luftleitungssystem (2) an einem ersten Ort (Ol) stromaufwärts vor der Hochtempera- turbatterie (5) bzw. vor dem Hochtemperaturelektrolyseur (5) vorgesehen ist, und eine andere zweite Temperatursonde (11) an dem Luftleitungssystem (2) an einem zweiten Ort (02) stromabwärts nach der Hochtemperaturbatterie (5) bzw. nach dem Hochtemperaturelektrolyseur (5) vorgesehen ist.
4. Regelsystem gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
eine erste Temperatursonde (10) an dem Luftleitungssystem (2) an einem ersten Ort (Ol) stromaufwärts vor der Hochtempera¬ turbatterie (5) bzw. vor dem Hochtemperaturelektrolyseur (5) vorgesehen ist, und eine andere zweite Temperatursonde (11) in der Hochtemperaturbatterie (5) bzw. in dem Hochtemperatu¬ relektrolyseur (5) vorgesehen ist.
5. Regelsystem gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
wenigstens drei Temperatursonden (10, 11, 12) vorgesehen sind, wobei eine erste Temperatursonde (10) an dem Luftlei- tungssystem (2) an einem ersten Ort (Ol) stromaufwärts vor der Hochtemperaturbatterie (5) bzw. vor dem Hochtemperature¬ lektrolyseur (5) vorgesehen ist, eine zweite Temperatursonde (11) an dem Luftleitungssystem (2) an einem zweiten Ort (02) stromabwärts nach der Hochtemperaturbatterie (5) bzw. nach dem Hochtemperaturelektrolyseur (5) vorgesehen ist, und eine dritte Temperatursonde (12) in der Hochtemperaturbatterie (5) bzw. in dem Hochtemperaturelektrolyseur (5) vorgesehen ist.
6. Regelsystem gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die Konditioniereinheit (20) als Heizvorrichtung ausgebildet ist, die dazu geeignet ist, der in dem Luftleitungssystem (2) befindlichen Luft Wärme zuzuführen.
7. Regelsystem gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die Konditioniereinheit (20) als Strömungsgenerator ausgebil¬ det ist, der dazu geeignet ist, die sich in dem Luftleitungs- System (2) befindende Luft mit einer Strömung zu beaufschla¬ gen .
8. Regelsystem gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
das Regelsystem (1) wenigstens zwei in Bezug auf die Hochtem¬ peraturbatterie (5) bzw. auf den Hochtemperaturelektrolyseur (5) stromaufwärts in das Luftleitungssystem (2) verschaltete Konditioniereinheiten (20, 21) aufweist, wobei eine Konditio- niereinheit (20) als Heizvorrichtung ausgebildet ist, die da¬ zu geeignet ist, der in dem Luftleitungssystem (2) befindlichen Luft Wärme zuzuführen, und eine Konditioniereinheit (20) als Strömungsgenerator ausgebildet ist, der dazu geeignet ist, die sich in dem Luftleitungssystem (2) befindende Luft mit einer Strömung zu beaufschlagen, wobei das Regelsystem
(1) die beiden Konditioniereinheiten (20, 21) in Abhängigkeit des durch die Temperatursonden (10, 11) erfassten Temperaturunterschieds regelt.
9. Regelsystem gemäß Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die zwei Konditioniereinheiten (20, 21) als ein Bauteil ausgebildet sind, und insbesondere in dem Bauteil eine Reihen¬ schaltung aufweisen.
10. Regelsystem gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
das Regelsystem (1) weiterhin eine zweite Rückführleitung (31) aufweist, welche aus der Hochtemperaturbatterie (5) bzw. aus dem Hochtemperaturelektrolyseur (5) ausgetretene Heißluft zu einem Ort des Luftleitungssystems (2) zurückführt, welcher Ort stromaufwärts in Bezug Hochtemperaturbatterie (5) bzw. auf den Hochtemperaturelektrolyseur (5) angeordnet ist.
11. Regelsystem gemäß Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die zweite Rückführleitung (31) die aus der Hochtemperaturbatterie (5) bzw. aus dem Hochtemperaturelektrolyseur (5) austretende Heißluft zu einem Wärmetauscher (35) führt, wel¬ cher dazu ausgebildet ist, die Heißluft in dem Luftleitungs¬ systems (2) zu erwärmen, bevor sie der Hochtemperaturbatterie (5) bzw. dem Hochtemperaturelektrolyseur (5) zugeführt wird.
12. Regelsystem gemäß Anspruch 10 oder 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der Wärmetauscher (35) in Bezug auf die erste Konditionier- einheit (20) stromaufwärts in dem Luftleitungssystems (2) verschaltet ist.
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